(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210793888.3 (22)申请日 2022.07.07 (71)申请人 佛山科学技术学院 地址 528000 广东省佛山市禅城区江湾一 路18号 (72)发明人 许景江　朱明涛　万青云　袁钘　 张轶星　卢兆东　冯中武　黄燕平　 蓝公仆　杨盛凯　于波　贾海波　 赵士勇　任尚杰　 (74)专利代理 机构 广州新诺专利商标事务所有 限公司 4 4100 专利代理师 梁伟　林玉芳 (51)Int.Cl. G01N 21/45(2006.01) G01N 21/21(2006.01)G01N 21/01(2006.01) G02B 27/28(2006.01) (54)发明名称 一种双庞加莱 球偏振态追 踪系统及方法 (57)摘要 本发明提供了一种双庞加莱球偏振态追踪 系统及方法， 其中系统包括包括发光组件、 第一 光纤耦合器、 第二光纤耦合器、 第三光纤耦合器、 第二偏振控制器、 第三偏振控制器、 第四偏振控 制器、 第一偏振分束器、 第二偏振分束器、 参考 臂、 样品臂、 偏振复用模块、 环形器、 第一平衡探 测器和第二平衡探测器； 该系统通过偏振复用模 块产生两束在庞加莱球上正交的偏振光， 使用两 个偏振分束器和两个平衡探测器， 实现建立两个 庞加莱球， 并对 各庞加莱球实现两束在庞加莱球 上的偏振光的输出偏振态使用庞加莱球偏振态 追踪算法。 本发 明弥补了 现有技术中因样品光轴 与入射偏振态重合时， 偏振态追踪算法失效的不 足。 权利要求书2页 说明书9页 附图1页 CN 115165806 A 2022.10.11 CN 115165806 A 1.一种双庞加莱球偏振态追踪系统， 其特征在于， 包括发光组件、 第一光纤耦合器、 第 二光纤耦合器、 第三光纤耦合器、 第二偏振控制器、 第三偏振控制器、 第四偏振控制器、 第一 偏振分束器、 第二偏振分束器、 参考臂、 样品臂、 偏振复用模块、 环形器、 第一平衡探测 器和 第二平衡探测器； 所述发光组件发出的入射光传输至第 一光纤耦合器后被分成两路， 一路入射光经所述 第二光纤耦合器后传输至参考臂， 所述参考臂将进入的入射光进行准直后再反射， 得到参 考光， 参考光沿原路返回并进入所述第二光纤耦合器， 经所述第二光纤耦合器和第四偏振 控制器后传输 至第三光纤耦合器； 另一路入射光依次经过所述偏振 复用模块和环形器后传输至样品臂， 所述样品臂将进 入的入射光聚焦至待测样品上， 待测样品表面反射的样品光沿原路返回并进入所述环形 器， 经所述环形器传输 至第三光纤耦合器； 进入所述第三光纤耦合器的样品光和参考光干涉， 产生干涉光， 干涉光从所述第三光 纤耦合器输出后分成两路， 分别进入所述第二偏振控制器和第三偏振控制器， 从所述第二 偏振控制 器出射的光束， 通过所述第一偏振分束器后分成两路， 分别进入所述第一平衡探 测器和第二平衡探测器， 从所述第三偏振控制 器出射的光束， 通过所述第二偏振分束器后 分成两路， 分别进入所述第一平衡探测器和第二平衡探测器。 2.根据权利要求1所述的双庞加莱球偏振态追踪系统， 其特征在于， 所述偏振 复用模块 包括第一偏振控制器、 第一准直器、 第三偏振分束器、 波片、 第一回射器、 第二回射器、 第一 反射镜、 第二反射镜和分束器， 入射光经所述第一偏振控制 器和第一准直器后传输至第三 偏振分束器， 通过所述第三偏振分束器分成两路， 一路准直光束依次经所述波片、 第二回射 器和第二反射镜后到达 分束器， 另一路准直光束依次经所述第一回射器和 第一反射镜后达 到分束器， 两路准 直光束经所述分束器耦合成一束光后输送至环形器。 3.根据权利要求2所述的双庞加莱球偏振态追踪系统， 其特征在于， 所述偏振 复用模块 还包括第四准 直器， 所述第四准 直器设置在分束器和环形器之间。 4.根据权利要求2所述的双庞加莱球偏振态追踪系统， 其特征在于， 所述波片为四分之 一波片。 5.根据权利要求1所述的双庞加莱球偏振态追踪系统， 其特征在于， 所述参考臂包括第 二准直器和第三反射镜， 进入所述参考臂的入射光经第二准直器准直后到达第三反射镜， 经所述第三反射镜反射后得到参 考光。 6.根据权利要求1所述的双庞加莱球偏振态追踪系统， 其特征在于， 所述样品臂包括第 三准直器、 扫描振镜和物镜， 进入所述样品臂的入射光依次经过第三准直器、 扫描振镜和物 镜后聚焦至待测样品。 7.根据权利要求1所述的双庞加莱球偏振态追踪系统， 其特征在于， 所述发光组件包括 扫频光源和线偏振片， 所述线偏振片设置扫频光源和第一 光纤耦合器之间。 8.一种双庞加莱球偏振态追踪方法， 其特征在于， 应用于权利要求1 ‑7任一项所述的双 庞加莱球偏振态追踪系统， 所述方法包括以下步骤： S1、 接收所述双庞加莱球偏振态追踪系统在一 次二维扫描操作中第 一平衡探测器和第 二平衡探测器探测到的信号， 并分别对第一平衡探测器和 第二平衡探测器探测到的信号进 行处理， 得到两束偏振光分别对应的数据组(Q1， U1， V1)和数据组(Q2， U2， V2)：权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115165806 A 2U1＝2AH1AV1cos( θ1)； V1＝2AH1AV1sin( θ1)； θ1＝tan‑1(|H1|/|V1|)； U2＝2AH2AV2 cos( θ2)； V2＝2AH2AV2 sin( θ2)； θ2＝tan‑1(|H2|/|V2|)； 式中， H1和H2分别为第一平衡探测器探测到的信号， AH1为H1的振幅， AH2为H2的振幅， V1和 V2分别为第二平衡探测 器探测到的信号， AV1为V1的振幅， AV2为V2的振幅， θ1为H1和V1之间的 相位差， θ2为H2和V2之间的相位差； S2、 将数据组(Q1， U1， V1)和数据组(Q2， U2， V2)分别进行归一化计算， 得到数据组(Q ′1， U ′1， V′1)和数据组(Q ′2， U′2， V′2)： Q′1＝Q1/I1； U′1＝U1/I1； V′1＝V1/I1； Q′2＝Q2/I2； U′2＝U2/I2； V′2＝V2/I2； S3、 判断是否能根据数据组(Q ′1， U′1， V′1)得到样品的光轴集合， 以及判断是否能根据 数据组(Q ′2， U′2， V′2)得到样品的光轴集 合； 若均可以， 则根据数据组(Q ′1， U′1， V′1)得到样品的第一光轴集合， 以及根据数据组 (Q′2， U′2， V′2)得到样品的第二光轴集合， 并将第一光轴集合和第二光轴集合进行平均， 得 到平均光轴集 合， 以平均光轴集 合作为样品的光轴集 合； 若根据数据组(Q ′1， U′1， V′1)不能得到样品的光轴集合， 则根据数据组(Q ′2， U′2， V′2)得 到样品的光轴集 合； 根据数据组(Q ′2， U′2， V′2)不能得到样品的光轴集合， 则根据数据组(Q ′1， U′1， V′1)得到 样品的光轴集 合； S4、 计算平均偏振度： DOPU＝(DOP1+DOP2)/2； 式中， DOPU为平均偏振度。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115165806 A 3